Origin and Regulation of Self‐Discharge in MXene Supercapacitors

MXenes公司 超级电容器 材料科学 电解质 自放电 储能 工作职能 纳米技术 光电子学 化学工程 图层(电子) 电容 电极 物理化学 功率(物理) 物理 化学 工程类 量子力学
作者
Shi Pu,Zixing Wang,Yanting Xie,Jintao Fan,Zhong Xu,Yihan Wang,Hanyu He,Xiong Zhang,Weiqing Yang,Haitao Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (8) 被引量:137
标识
DOI:10.1002/adfm.202208715
摘要

Abstract MXene‐based supercapacitors are promising electrochemical energy‐storage devices due to their ultrahigh volumetric capacitance, high‐power characteristics, and excellent cyclability. However, they suffer from severe self‐discharging behavior while the underlying self‐discharging mechanism is still unclear. Here, the self‐discharge behavior of MXene‐based supercapacitors from surface electronic structure of MXenes is disclosed, and a novel method to mitigate it is proposed. A superficial engineering strategy based on bio‐thermal treatment is developed to effectively tailor surface electronic structure of Ti 3 C 2 T x MXenes by eliminating hydroxyl terminations. With the evolution of surface electronic structure, as revealed by Kelvin probe force microscope and synchrotron radiation X‐ray absorption fine structure analysis, MXene‐based supercapacitors with common aqueous electrolytes show >20% decline in self‐discharge rate. This decline mechanism originates from the increased work function that induces higher zero‐charge potential after the removal of hydroxyl groups in MXenes. Meanwhile, the strengthened surface dipole leads to higher surface free energy between MXene and electrolytes. These two positive effects endow MXenes with weaker self‐discharge kinetics. Specifically, the activation‐controlled self‐discharge process is greatly suppressed. Illuminating the relevance between electronic structure and self‐discharge accompanying superficial engineering suppression strategy can guide to development of high‐performance energy storage devices.
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